1.Барский М.А. Использование тепловых вторичных энергетических ресурсов промьш-пенности для теплоснабжения зданий // Водоснабжение и сан. техника. - 1982. - № 5.

2.Круглое М.Г., Добролетов В.И., Макаров А.А. Приоритетные направления и государственные программы научно-технического прогресса в производстве и использовании энергетических ресурсов // Теплоэнергетика. - 1989. - № 1. - С. 2-7.

3.Солоденников Л.Д. Энергетические установки с использованием солнечной энергии // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 1988. - № 7. - С. 4-7.

4."^истович С.А., Ковылянский Я.А. Экономия энергии и повышение надежности систем централизованного теплоснабжения // Материалы совместного сов.-америк. семинара "Наружные системы инженерного оборудования населенных мест". - Вашингтон, 1983.

5.Чистович С.А. Экономия топливно-энергетических ресурсов в системах теплоснабжения // Теплоснабжение ЛитССР - Каунас, 1988. - С. 191-196.

6.Юфа А.И., Носулько Д.Р. Комплексная оптимизация теплоснабжения. - Киев: Тех1юка, 1988. - 134 с

Глава 2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТШ

Преобразование солнечного излучения в энергию связано со значительными затратами, и чем выше эксергетический потенциал получаемой энергии, тем больше ее стоимость. Поэтому в настоящее время практическое использование солнечной энергии идет в основном

в направлений получения низкопотенциального тепла, которое может быть применено для тепло- и хладоснабжения зданий и некоторых технологических процессов (термообработка сборного железобетона, сушка кормов и фруктов, пастеризации соков и т.п.).

Основу классификации систем, использующих солнечную энергию для выработки тепла или холода, составляют следующие признаки:

назначение - системы горячего водоснабжения, отопления, хладоснабжения; комбинированные - системы теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение), теплохладоснабжения (отопление, горячее водоснабжение и хладоснабжение);

время работы в течение года - сезонные и круглогодичные;

степень охвата потребителей - индивидуальные, групповые, централизованные;

время аккумулирования энергии - без аккумулятора,* с краткосрочным аккумулированием (1 ... 2 сут.), с долгосрочным (сезонным) аккумулированием;

характер движения теплоносителя в процессе нагрева - без циркуляции, с естественной (термосифонной) или принудительной циркуляцией;

число контуров - одно-, двух- и многоконтурные; режим отбора тепла - с постоянной или переменной температурой теплоносителя;

наличие дублирующего источника энергии - с дублером, без дублера (автономные).

К специфическому оборудованию систем солнечного тепло- и хладоснабжения относятся солнечные коллекторы и аккумуляторы солнечной энергии.

2.Z ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Солнечный коллектор (гелиоколлектор) - основной элемент любой установки, в котором солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию. Это может осуществляться либо в специальных устройствах, либо непосредственно конструкциями здания. В последнем случае солнечная установка называется пассивной. Любое здание, имеющее световые проемы, может рассматриваться как пассивная система использования солнечной энергии для отопления. Солнечное излучение, проникающее через проемы, поглощается внутренними ограждающими конструкциями и, преобразуясь в тепло, аккумулируется в них и передается воздуху в помещении. Снижая в это время теплоотдачу отопительных систем, можно получить значительную экономию топлива без особых затрат. На практике это реализуется в виде пофасадного автоматического регулирования теплопередачи систем отопления.

Все солнечные коллекторы имеют общую деталь - поверхностный или объемный поглотитель тепла, которое может отводиться из коллектора или аккумулироваться в нем. Коллекторы первого типа называют проточными, второго типа - с тепловым аккумулятором.

По виду теплоносителя коллекторы делятся на жидкостные, часто называемые солнечными водонагревателями, и воздушные; по достигаемой температуре - низкотемпературные (до 100 °С), среднетемпера-турные (до 200 ^с) и высокотемпературные (до 3500 ос).

Температура нагрева теплоносителя прямо пропорциональна интенсивности падающей на накопитель солнечной энергии и обратно пропорциональна тепловым потерям в окружающую среду. Потери можно уменьшить, используя светопрозрачные покрытия и тепловую изоляцию для поглотителя в вакуумированные стеклянные трубки.

Рис. 2Л. Сошечвые коляекхорл с аккумушфовавием leima

а - пластмассовый коллектор КАП-1; б — коллектор КА-120

Однако и при таких решениях не удается нагреть теплоноситель до температуры более 120... 150 °С.

Для увеличения интенсивности поступающей солнечной энергии применяют концентраторы различных типов. Солнечные коллекторы, работающие без концентраторов, часто называют плоскими. Ниже рассмотрены основные конструкции таких коллекторов.

Низкотемпературный жидкостный коллектор с аккумулированием тепла простейшей конструкции представляет собой плоскую ванну, заполненную водой и закрытую стеклом. Детом в ясную погоду он обеспечивает нагрев 50 ... 100 л/м^ воды до температуры 40 ... 60 °С.

Солнечные коллекторы-аккумуляторы KAII-1 из поливинилхлоридной пленки выпускаются в Болгарии (рис. 2.1, а). Они предназначены для горячего водоснабжения индивидуальных потребителей. Габарит коллектора 1,8x0,95x0,3 м, объем 106 л, масса 5 кг, рабочее давление 0,5 м вод. ст. Коллектор-аккумулятор КА-120 (рис. 2.1, б) снабжен светопрозрачным покрытием и тепловой изоляцией. Поглощающий и аккумулирующий элементы изготовлены из стальных труб диаметром. 120 мм. Габарит коллектора 2x1,1x0,2 м, объем 120 л, масса 130 кг. Коллекторы с аккумулированием тепла, несмотря на простоту конструкции, обладают существенными недостатками - нужная температура воды достигается после полудня.

Низкотемпературные проточные коллекторы имеют поверхностный поглотитель и конструктивно могут быть выполнены как с открытым ротоком теплоносителя, так и с панелью или трубами, внутри которых проходит теплоноситель.

Одной из первых конструкций коллекторов открытого типа (с открытым потоком теплоносителя) является коллектор "Солярис"

Рис. 2Л. Детали коллектора Солярке*

1 — алюминиевый фартук; 2 — резиновая пластина; 3 г- резиновая прокладка; 4 — стекло; 5 — медная труба d = 12,5 мм; 6 — волнистый алюминиевый лист; 7 — изоляция из стекловолокна; 8 — кровля; 9 — обрешетка; 10- стропила; И - стекло; 12 — желоб коллектора

Рис. 2 J. Коллектор onquiiTwo типа

1 - лоток; 2 - фартук лотка; 3 - стена здания (теплоизоляция); 4 - остекление; ,5 — поглощающее покрытие; 6 — патрубок для подачи воды

Томасона (рис. 2.2). В этом коллекторе вода, подаваемая по трубопроводу с отверстиями, стекает по поверхности волнистого листа из алюминия или оцинкованной стали в сборный желоб. Коллектор защищен стеклом. Вся конструкция опирается на стропила южного ската кровли.

Вертикальный коллектор открытого типа {рис. 2.3) состоит из горизонтально расположенных лотков. Система таких лотков, укрепленных на вертикальных ребрах, установлена с наружной стороны утепленной стены. С внешней стороны система лотков закрыта остеклением. Наружные стенки лотков зачернены, а сами лотки заполнены водой. Подачу воды осуществляют через верхний лоток, забор - через нижний водосборный лоток [8].

Общий недостаток коллекторов открытого типа - высокие теплопотери вследствие тепломассообмена между теплоносителем и свето-

Рис 2.4. Типы п«и-ло1И1елей проточных коллекторов

а - панельный из пластмассы; б - штампосварной панельный с каналами; в - штампосвар-ной панельный; г - трубчатый; д - листотрубный; е - трубчатый с поглощающими вставками; ж - трубчатый с продольными ребрами

прозрачным остеклением. Однако у них есть и существенное преимущество - они не подвержены замерзанию.

Лучшие теплотехнические показатели имеют жидкостные проточные коллекторы с поглотителями в виде плоской панели с каналами.

Выполняют такие панели из металла (штампосварные из сталей, прокатно-сварные из алюминия), пластмасс или ламинированных тканей {рис. 2.4, а, 6, в). Несколько уступают панельным поглотители из ряда параллельных труб либо труб с плавниковыми ребрами (рис. 2.4, г). Большое распространение получили поглотители из листа с находящимися в тепловом контакте с ним трубами [рис. 2.4, б, е, ж). Для таких конструкций поглотителей особо важное значение имеет

теплопроводность соединений. Так, для надежно припаянных труб она составляет 1,5 ... 1,7 кВт/(м^ • град), а для плохо закрепленных -6... ЮВтДм^град).

Можно существенно увеличить эффективность солнечного коллектора, применяя селективные покрытия, обеспечивающие высокую поглощающую способность по отношению к солнечному излучению и низкую собственную излучательную способность. Такое возможно благодаря тому, что поглощение и излучение происходят в далеких друг от друга областях спектра - поглощение в коротковолновой (ультрафиолетовой, видимой и высокотемпературной инфракрасной) зоне, а излучение - в длинноволновой (низкотемпературной инфракрасной). Нанося на поглощающую поверхность ряд тонких слоев диэлектрика, металлов или их окислов, можно обеспечить высокий коэффициент поглощения солнечной радиации к при низкой степени черноты покрытия £ . Особенно эффективно применение селективных покрытий в вакуумированных коллекторах, в которых обеспечивается надежная изоляция от влаги и, следовательно, долговечность селективных покрытий, Разработаны технологические процессы, позволяющие изготавливать фольгу или пленку с селективными свойствами, которые затем приклеивают на поверхность коллектора. Влияние селективности на эффективность коллектора заметно при отношении я / £ =1... 20. Наибольшее распространение получили покрытия типа "черный никель" и "черный хром", наносимые электрохимическим способом, у которых отношение^/ £ = 9 ... 12.

Дальнейшее повышение эффективности коллектора достигается при прочих равных условиях в результате применения селективных покрытий остекления. Стекло, покрытое двуокисью олова, несколько хуже пропускает солнечные лучи в области спектра 0,3 ... 2,5 мкм, но зато почти полностью отражает длинноволновые лучи, снижая теплопотери коллектора [1].

В СССР освоен выпуск ряда проточных жидкостных коллекторов-водонагревателей {табд. 2.1). Солнечный коллектор, выпускаемый Братским заводом отопительного оборудования {рис. 2.5, а), имеет поглотитель из стали с параллельными каналами и четырьмя штуцерами, что позволяет монтировать его в любом положении. Корпус выполнен также из стали. Для светопрозрачной изоляции применено оконное стекло толщиной 3 ... 4 мм с малым содержанием окиси железа. Для защиты от атмосферных осадков стекло уплотнено герленом. Конструкция крепления стекла позволяет заменять его, а также восстанавливать окраску поверхности поглотителя без демонтажа коллектора. В последнее время завод осваивает селективное покрытие поглотителя типа "черный никель", наносимое гальваническим способом.